国产Q460高强钢焊接工形柱整体稳定性能研究

为研究国产Q460高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对7个焊接工字形截面钢柱试件进行试验研究。试验实测了构件的几何初始缺陷和截面残余应力,并分析其失稳变形特征和整体稳定承载力。利用试验结果和实测的初始缺陷数据,验证了所建立的有限元数值模型的可靠性和准确性;此外,通过大量参数分析计算了不同截面尺寸和长度的国产Q460高强钢焊接工字形截面轴压杆绕截面强轴和弱轴失稳的整体稳定承载力,并与国内外的钢结构设计规范柱子曲线进行比较。结果表明,该类轴压杆的整体稳定系数要明显高于相应的设计曲线,即相比具有相同正则化长细比的普通强度钢材轴压杆其整体稳定系数要有明显提高;给出了建议的柱子曲线类型,并在数值分析的基础上拟合新的柱子曲线,以为工程应用和规范修订提供参考。     

异形截面铝合金轴压构件承载力及局部屈曲研究

使用ABAQUS得到异形截面铝合金构件的承载力,发现我国的铝合金结构设计规范GB 50429—2007和欧洲铝合金结构设计规范Eurocode 9对该类截面铝合金轴压构件承载力的计算结果相对保守。原因在于2个规范都采用有效厚度法考虑板件局部屈曲的影响,但并不能准确反映局部屈曲程度。使用ABAQUS针对不同宽厚比的箱型截面和工字型截面铝合金轴压构件进行参数分析,在中国规范的基础上给出了建议的有效厚度折减公式,并验证了建议公式对异形截面铝合金构件的适用性。     

球头加劲铝合金轴压构件的局部稳定设计方法分析

工程中常采用对铝合金截面设置球头加劲肋的方法来提高受压构件的稳定性能,为了研究球头的设置对局部稳定承载力的影响,对包含球头的8个方管、10个十字形和13个工字形截面轴压柱模型进行了数值模拟,将得到的承载力与我国GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》、欧洲规范EN 1999-1-1和美国铝合金设计手册中对含加劲肋的受压构件局部稳定承载力预测值进行比较,研究了各规范中设计方法的精度。结果表明,我国规范对于十字形截面构件的预测误差有随板件宽厚比增大而增大的趋势,对方管截面和工字形截面构件预测精度较高,误差在10%以内,由于存在一些构件预测偏于不安全的情况,建议采用我国规范方法计算中间加劲板件的稳定承载力时,引入一定的安全系数。设置球头加劲肋后,构件局部稳定承载力相比未设加劲肋的可提高10%～43%,因此可将板件制作得更薄,提高利用效率。     

异形截面轴心受压铝合金构件屈曲性能试验研究

采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了异形截面铝合金受压杆件的屈曲破坏模态和屈曲承载力问题,并将试验结果、数值模拟结果以及《铝合金结构设计规范》中相关公式的计算结果进行了对比.结果表明,数值模拟结果与试验结构吻合较好,证明了有限元模型的正确性,并可采用该模型进行异形截面铝合金构件屈曲性能参数分析;规范所研究异形截面铝合金构件没有区分屈曲破坏类型的影响,屈曲承载力的计算结果偏小.     

铝合金结构构件的设计公式及其可靠度研究

对国产铝合金结构进行了一系列试验,包括42个材料拉伸试验、63个轴压构件试验、14个受弯构件试验和45个偏压构件试验;搜集整理了国内已有的试验结果,初步建立起铝合金结构的试验数据库。数据库中包括53条本构关系曲线、205个轴压构件试验点、38个受弯构件试验点和57个偏压构件试验点。采用有限单元法对铝合金结构构件进行了大规模的数值计算,得到了252条轴压构件失稳的稳定系数-正则化长细比曲线、480条弯曲构件弯扭失稳的整体稳定系数-正则化长细比曲线和1920条偏压构件弯曲失稳的相关曲线;并根据数值计算结果拟合出了各类构件的计算公式。最后以试验数据为基础对铝合金结构构件进行了可靠度分析,得出了国产铝合金材料的抗力分项系数,建议了其强度设计值。     

薄壁异形截面铝合金轴心受压柱屈曲模态耦合及承载力计算

薄壁异形截面铝合金构件广泛应用于建筑结构中,但其截面的复杂性导致该类构件的破坏模态更加复杂。有限元模型采用有限元软件ABAQUS建立并经过试验结果验证。通过有限元方法,分析了薄壁异形截面铝合金柱的塑性屈服、局部屈曲与塑性屈服耦合、局部屈曲与整体屈曲耦合、以及整体屈曲等4种破坏模式的构件变形和截面应力发展。将有限元方法计算的薄壁异形截面铝合金轴压柱极限承载力,与国内外铝合金结构设计规范的计算结果进行了对比。结果表明,现行规范的设计方法在计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的承载力时都较为保守。     

H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的试验及理论研究

以长细比和荷载偏心率为主要参数,测试了13个H形截面铝合金挤压型材偏心受压试件的稳定承载力,所有试件均在受弯平面内发生了整体弯曲屈曲。采用数值方法对上述试件进行了非线性稳定性计算,计算结果得到了试验结果的验证。对铝合金压弯构件的稳定性进行了理论分析,结果表明合金类型对稳定承载力的影响最大,修正系数η1需要对弱硬化合金和强硬化合金分别取值。推导的计算H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的线性相关公式与数值计算结果吻合较好,并在形式上与我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)保持一致以便于实际应用。     

铝合金受弯构件理论和试验研究

进行了14根国产6061-T6铝合金挤压型材的受弯构件试验,系统地搜集了24个已有同类试验数据。通过对国产铝合金受弯构件进行大规模数值计算,得到了480条φb-λ-曲线,据此拟合出了用于计算铝合金受弯构件弯扭失稳整体稳定系数的φb-λ-曲线。最后,将拟合曲线和试验数据及各国规范进行了比较。结果表明:所有有效试验点均高于拟合曲线,而拟合曲线和欧洲规范EC9中的曲线2(用于第3类和第4类截面)比较接近。     

铝合金轴心受压构件理论和试验研究

进行了63件国产6061-T6铝合金挤压型材的轴心受压构件试验,搜集到了142个已有同类试验数据。通过对国产铝合金轴心受压构件的大规模数值计算,得到了252条柱子曲线,据此将铝合金轴心压杆按不同材料类型分为两类,并建议了2条柱子曲线用于计算铝合金轴心压杆的稳定系数。最后,将本文的建议曲线和试验数据以及各国规范进行了比较。结果表明:有效试验点以建议曲线为中线基本均匀分布于建议曲线的两侧,建议曲线和欧洲规范EC9比较接近。本文的建议公式能够用于计算铝合金轴心压杆的稳定系数。     

铝合金工形截面短柱轴压局部稳定试验研究

为研究铝合金工形截面轴压构件的局部稳定性能,对15根工程中常用大截面铝合金6061-T6和6063-T5轴压短柱试件进行试验研究,并对12组48个材性试样进行拉伸试验。研究了材料的力学性能、试件的局部几何初始缺陷、变形性能、局部屈曲荷载、轴压承载力等,并将试验结果与各国规范中设计方法计算结果进行对比。试验结果表明：铝合金6061-T6强度与普通钢材相当,但延性较差;铝合金挤压型材的局部几何初始缺陷很小,远小于规范中给定数值;板件宽厚比越大,局部屈曲发生越早,破坏时材料的强度越得不到充分发挥,但是局部屈曲后材料强度仍有较大的提高;翼缘和腹板之间存在相互作用;中国规范、欧洲规范、美国规范和澳大利亚/新西兰规范均低估了试件的轴压承载力,其中美国规范计算结果与试验结果最接近。因此,对于板件宽厚比大的试件,应充分利用其屈曲后强度,各国规范得到的承载力计算结果均较保守。